Магматические горные породы (магматиты) — конечные продукты магматической деятельности , возникшие в результате затвердевания природного расплава ( магмы , лавы ). Переход расплава в твёрдое состояние сопровождается кристаллизацией вещества. Магматические породы играют важную роль в строении земной коры , образуя геологические тела различных форм и размеров, составов и структур .

Магматиты представляют один из важнейших типов горных пород наряду с осадочными , метаморфическими , а также гидротермально-метасоматическими образованиями. Встречаются в широком диапазоне геологических условий: щиты, платформы, орогены , океаническая кора и др. Магматические и метаморфические породы по объёму составляют 90-95 % верхней (16 км) земной коры . Магматические породы образуют около 15 % современной поверхности Земли .

Основы систематики

По относительной глубине застывания расплава выделяют 3 класса магматических пород:

• плутонические — застывшие на глубине (плутониты);
• гипабиссальные — застывшие на небольших глубинах ;
• вулканические — застывшие на поверхности (вулканиты) или вблизи неё (субвулканиты) .

Плутонический класс объединяет породы, формировавшиеся в условиях мезоабиссальной и абиссальной фаций. При этом границы фаций глубинности определены не однозначно. Так, для абиссальных обстановок может указываться от 6-8 км до 3-5 — 10-15 км . Основным признаком глубинности ввиду простоты диагностики является степень раскристаллизации вещества: полная, скрытая, неполная. Плутониты отличаются полнокристаллической структурой, гипабиссальные породы — скрытокристаллической, реже неполнокристаллической.

Вулканические породы обладают неполнокристаллической, либо стекловатой структурой. Реже встречаются скрытокристаллические разности. Для вулканитов, субвулканитов и гипабиссальных образований характерны порфировые текстуры, образованные крупными вростками кристаллов (порфиров) в однородной массе породы.

Основой более глубокой систематики служит ряд петрохимических и минералогических признаков. При этом выделяют отряды, семейства, виды и разновидности горных пород. Для определения верхних рангов используют отношения весовых содержаний кремнезёма (SiO ₂ ) и «щелочей» ( Na ₂ O + K ₂ O) в горных породах.

• Отряды (ряды) выделяют по содержанию в горных породах кремнезёма (по «кислотности», по «кремнезёмистости»). Всего определено 6 отрядов. В отдельных случаях выделяют также отряд редких некремнезёмистых пород.
• Подотряды магматических пород выделяют по содержанию суммы щелочей ( Na ₂ O + K ₂ O). По «щелочности» определены 3 подотряда (нормальный, субщелочной и щелочной). Иногда выделяют также низкощелочной подотряд.
• Семейства магматических пород занимают, таким образом, определённые поля на диаграмме « » (Total Alkali Silica, TAS), границы между которыми установлены подкомиссией по систематике магматических пород Международного союза геологических наук (МСГН). Имена всех семейств магматических пород нормальнощелочного и щелочного рядов приведены в классификационной таблице.
• Виды магматических пород определяются их модальным минеральным составом. Для пород, не содержащих более 90 % темноцветных минералов и обладающих хорошей кристалличностью (то есть в основном для абиссальных и гипабиссальных), видовая принадлежность устанавливается на диаграмме ( англ. Quartz — Alkali feldspar — Plagioclase — Feldspathoid (Foid) ). В противном случае используется диаграмма .
• Разновидности магматических пород не регламентируются и выделяются геологами по необходимости.

Формы залегания

Формы залегания плутонических и гипабиссальных тел

Внедрение магмы в толщу горных пород приводит к образованию интрузивных тел. В зависимости от их отношения с вмещающими образованиями выделяют:

• Согласные (конкордантные) интрузивные тела, внедрившиеся между отдельными слоями толщи вмещающих пород. Форма таких тел зависит от структуры вмещающей толщи ( лакколиты , лополиты , факолиты , этмолиты , бисмалиты , силлы ).

• Несогласные (дискордантные) интрузивные тела, прорывающие слои толщи вмещающих пород и не зависящие от их структуры ( батолиты , штоки , дайки , апофизы , хонолиты ).

Формы залегания тел вулканических пород

Излившаяся на поверхность лава образует эффузивные тела, среди которых выделяются: лавовый покров , лавовый поток , некк ( жерловина ), вулканический (экструзивный) купол (пик, игла) и диатрема (трубка взрыва), , стратовулкан , щитовидный вулкан . По выражению в рельефе формы залегания эффузивных пород могут быть как положительными ( покровы , потоки , жерловины , вулканические купола , диатремы , , стратовулканы , щитовидные вулканы ), так и отрицательными ( кратеры , маары , лавовые колодцы , кальдеры ).

Минеральный состав

В составе магматических пород выделяют породообразующие и акцессорные минералы . Породообразующие минералы представлены различными алюмосиликатами и силикатами . Среди них выделяют светлоокрашенные ( син. лейкократовые ) и темноцветные ( син. меланократовые, цветные ) разновидности. Светлоокрашенные не содержат (или содержат только примесные) магний и железо , тогда как для темноцветных характерно вхождение этих элементов в состав кристаллических решеток . Соответственно, выделяют салические (от Si, Al) и мафические (от Mg, Fe) минералы.

• Типичные салические минералы: полевые шпаты , кварц , фельдшпатоиды , светлые слюды ( мусковит и др.).
• Типичные мафические минералы: оливины , пироксены , амфиболы , темноцветные слюды ( биотит и др.).

Акцессорные минералы слагают менее 1-5 % объёма породы, однако их присутствие отмечается повсеместно. Среди акцессорий часто встречаются: циркон , апатит , рутил , монацит , ильменит , хромит , титанит , ортит , магнетит , хромит , пирит , пирротин и мн.др.

Характерные особенности минерального состава

Для пород нормального ряда характерно присутствие полевых шпатов и кварца и «…отсутствие фоидов ( фельдшпатоидов ) и щелочных темноцветных минералов, а также пироксенов и амфиболов с высоким содержанием титана», типичных в щелочных магматитах. Кислотность (кремнезёмистость), в первую очередь, отражается на содержании кварца (чем кислее — тем его больше), а также составе плагиоклаза : базиты содержат богатые кальцием, тогда как кислые магматиты — богатые натрием его разновидности.

Кварц образуется, когда содержание SiO ₂ в магме превышает необходимое для образования силикатов и алюмосиликатов . Кварц не встречается в магматических фазах совместно с оливином или нефелином . Оливин присутствует, главным образом, в ультрабазитах и выделяется из магм , в которых содержание SiO ₂ недостаточно для образования пироксенов . В противном случае оливин превращается в энстатит :

Mg ₂ SiO ₄ + SiO ₂ = Mg ₂ Si ₂ O ₆
Форстерит………Энстатит

Аналогично образуется нефелин, который присутствует лишь в щелочных породах, недосыщенных кремнезёмом . В противном случае образуется альбит :

NaAlSiO ₄ + 2SiO ₂ = NaAlSi ₃ O ₈
Нефелин………………Альбит

Для пород нормального ряда ведущими типоморфными минеральными являются следующие:

• Ультрабазиты . Главные минералы — оливины и пироксены. Содержащие их в сравнимых количествах, породы называются перидотитами . Существенно оливиновые называются в зависимости от акцессориев: оливинит, если присутствует магнетит; дунит, если есть хромит. Кроме того, весьма характерны ортопироксены (энстатит, бронзит или гиперстен).
• Базиты . Главные минералы — оливины, пироксены, основные плагиоклазы. В подчиненном количестве может быть роговая обманка. В зависимости от того, какой пироксен преобладает различают: габбро, если доминирует клинопироксен (авгит или диопсид); нориты , если ортопироксен; , если и тот и другой представлены в равной мере.
• Средние. Главные минералы — средние плагиоклазы, амфиболы (роговая обманка). Характерными акцессориями являются биотит и кварц. Широко распространенными породами этого семейства являются диориты (андезиты), а также субщелочные аналоги — сиениты , состоящие из калиевого полевого шпата с темноцветными (роговой обманкой и/или биотитом, диопсидом, эгирин-авгитом).
• Кислые . Главные минералы — кварц, калиевые полевые шпаты, кислые плагиоклазы. В подчиненных количествах обычно биотит и/или роговая обманка. Широко распространенными породами этого семейства являются граниты (риолиты), а также переходные к средним — гранодиориты ( дациты ), — характеризующиеся увеличением содержаний темноцветных минералов.

Связь цвета и состава

Для пород нормального и умеренно-щелочного рядов характерны светлые окраски при относительно высоких содержаниях кремнезёма и тёмные до черных при низких. Количество темноцветных минералов, подсчитанное в объемных процентах, называют цветным числом. Ультрабазиты обычно имеют чёрный цвет (95-100 % тёмноокрашенных минералов), базиты — темно-серый до чёрного (~50 %). Породы среднего состава характеризуются серыми окрасками (~30 %). Кислые и ультракислые магматиты отличаются светло-серым цветом (<10 %). Очень часто наблюдаются отклонения от указанных значений, в связи с локальными особенностями магматизма, эпигенетическими изменениями и прочими факторами, влияющими на окраску породы. Типично замещение породообразующих минералов новообразованными при выветривании. Плагиоклазы, чаще всего, замещаются серицитом и цеолитами ; пироксены и амфиболы — хлоритом и эпидотом . Визуальный осмотр с подсчетом цветного числа, а также определением текстуры (порфировой или афировой) и структуры (полно- или неполнокристаллической) позволяет делать обоснованное предположение о составе породы не только специалистам, но также и любителям.

Химический состав

В химическом составе магматитов выделяют петрогенные и редкие химические элементы. Петрогенные элементы определяют фазовый (минеральный) состав породы, в то время как редкие входят в эти фазы в виде примесей. Состав магматитов, чаще всего, отражают концентрациями ряда элементов в форме их оксидов ( ). «Главными оксидами магматических образований являются: SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , FeO, MgO, CaO, Na ₂ O и K ₂ O, H ₂ O» . Процентное содержание кремнезёма в породе служит определённым критерием её кислотности, в связи с чем термином «кислая порода» стали обозначать породы, богатые, а «основная порода» — бедные кремнезёмом, но обогащенные основаниями — СаО, MgO и FeO. Обратная зависимость между концентрациями этих оснований и кремнезёма весьма ярка выражена в ряду кислотности пород.

Распространение

Магматические породы, совместно с метаморфическими и переходными преобладают в составе земной коры. На современной поверхности они широко представлены в областях длительного воздымания ( кристаллических щитах и н.др.), подвижных поясах , больших магматических провинциях, областях активного вулканизма. Наиболее распространены породы нормального и субщелочного рядов. Причем базиты и ультрабазиты преобладают, слагая низы континентальной коры и почти целиком формируя кору океанического типа : базиты слагают, соответственно, «базальтовый» слой и верхи нижнего, а ультрабазиты — низы нижнего слоя, где представлены полнокристаллическими разностями. Гранитоиды широко развиты в составе массивной континентальной коры и формируют её верхний «гранито-гнейсовый» слой. Нижний слой континентальной коры по В. В. Белоусову имеет «гранулит-базитовый» состав , тогда как её средний модальный состав по Гольдшмидту — «андезитовый» (средний по содержанию кремнезема и нормальный по щелочам). Кроме того, имеют место участки земной коры, в пределах которых магматизм проявился экстремально быстро и широко. Такие области получили название «больших магматических провинций» ( ). С 11-ю такими провинциями связывают массовые вымирания живых организмов в истории Земли. В LIP входят как «большие плутоногенные провинции», так и «большие вулканогенные», в том числе трапповые поля (к примеру, Сибирские траппы ).

Происхождение

Магматические породы являются конечными продуктами магматической деятельности, обусловленной глобальным и неравномерным тепломассопереносом из мантии к поверхности планеты. Магматические расплавы зарождаются в нижней коре и мантии вследствие уменьшения давления и/или повышения температуры. Являясь менее плотными по отношению к вмещающим образованиям, они стремятся «всплыть» на поверхность. В процессе подъёма происходит дифференциация магмы, что приводит к наблюдаемому разнообразию составов магматических пород. В случае достижения поверхности расплав извергается по эффузивном и/или эксплозивному механизму.

Выделяются несколько , состав которых эволюционирует от родоначальной глубинной магмы, отделяющейся от твердой фазы мантии и глубокой коры.

Примечания

Литература

• Заварицкий А. Н. Изверженные горные породы. — М. : Издательство АН СССР , 1956. — 480 с.
• R. W. Le Maitre (editor) (2002) Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms, Recommendations of the International Union of Geological Sciences, Subcommission of the Systematics of Igneous Rocks. , Cambridge, Cambridge University Press ISBN 0-521-66215-X
• Чернышов А. И. Магматические горные породы : учебное пособие. — Томск : Издательский Дом ТГУ, 2015. — 184 с. — 200 экз. — ISBN 978-5-94621-467-4 .
• Краснощекова Л. А. / Л. А. Краснощекова; Томский политехнический университет . – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 128 с. — 100 экз. — ISBN 978-5-4387-0108-8 .

Ссылки